[서울=뉴시스] 이진영 기자 = 국내 연구진이 구리 산화 원리를 원자 수준에 세계 최초로 규명했다. 구리는 우수한 전기 전도성으로 인류 전기 문명에 가장 널리 사용됐으나 산화라는 아킬레스건을 가지고 있다.

이 때문에 구리보다 전기 전달력이 떨어짐에도 가격은 훨씬 비싼 금이 초정밀·고집적화를 위한 소재로 사용돼 왔다. 하지만 이번에 국내 연구진이 산화를 차단해 부식되지 않는 구리를 제조할 수 있는 가능성을 열면서 금을 대체할 길을 열었다.

과학기술정보통신부는 정세영 교수(부산대학교)·김영민 교수(성균관대학교)·김성곤 교수(미시시피주립대학교) 연구팀이 마치 벽돌로 쌓은 담이 한 층의 높이를 나타내 듯 단원자층 수준의 거칠기를 가진 '초평탄 구리박막'을 이용해 구리의 산화 작동 원리를 이론과 실험에서 세계 최초로 규명했다고 17일 밝혔다.

이번 연구 성과는 같은 날 국제학술지인 네이처(Nature)에 게재됐다.

기존 연구에서 초평탄면을 갖는 박막의 실현은 어려운 주제였으나 연구진은 자체 개발한 방법으로 단원자층 수준의 초평탄 구리박막을 구현하는 데 성공했고, 더 나아가 산화가 일어나지 않음을 확인했다.

1년간 공기 중에 노출된 초평탄 구리박막을 관측한 결과, 일반적으로 구리표면에서 관찰되는 자연 산화막은 물론이고 원자 한층 수준의 산화조차도 관찰되지 않았다.

표면 거칠기가 두 원자 층 이상일 경우 구리 내부로의 산소 침투가 쉽게 진행되는 반면, 완벽하게 평평한 면이거나 단원자층 일 때는 산소 침투를 위해 매우 큰 에너지가 필요하기 때문에 상온에서는 산화가 일어나지 않은 것이다.

이번 연구는 산업 전반에 사용되는 구리의 산화 원인을 정확히 밝혔다는 데 그 의의가 있다.

특히 경제적으로 구리 박막이 나노회로 등에 사용되는 금을 전면 교체할 수 있는 계기를 마련했다는 점에서 집중 조명을 받고 있다. 뿐만 아니라 구리의 전기전도도는 금보다 약 40% 우수하고 추가적으로 초평탄면을 갖는 단결정 구리 박막이 되면 일반 구리의 전도도보다 15 % 이상 더 높일 수 있기 때문에 소비전력 및 에너지 절감, 사용시간 연장, 장비의 소형화 등에 있어 그 부가가치는 상당한 것으로 기대된다.

정세영 교수는 "이번 연구성과는 구리 산화의 기원을 원자 수준에서 규명한 세계 최초 사례"라며 "변하지 않는 구리의 제조 가능성을 열었다"라고 말했다.


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